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面向机器人作业的视觉系统软件开发与应用

王伟  
【摘要】:随着机器人技术的快速发展,在工业生产中应用机器人已成为提高生产效率的重要选择,视觉技术是提高机器人对环境的感知能力和应用的智能化水平的主要手段之一,应用视觉功能软件对于提高机器人作业的自动化程度具有重要意义。本文结合典型机器人作业的视觉功能需求,系统地研究了面向机器人作业的视觉软件的开发与应用。典型机器人作业根据视觉系统和机器人控制器是否有交互可以分为非交互式作业和交互式作业。本文结合以巡检作业为典例的非交互式作业需要,基于OpenCV实现巡检视觉功能;围绕以搬运与装配作业为典例的交互式作业需求,基于OpenCV和Qt进行视觉软件的设计与开发。通过巡检视觉功能的实现与视觉软件的开发应用,有效地提高了典型机器人作业的智能化程度。本文首先综述了机器人视觉和机器视觉软件应用与发展的国内外研究现状,分析了典型机器人作业的视觉功能需求,给出了机器人视觉系统架构,说明了硬件平台中相机、镜头的选型过程,阐述了软件设计方案。接着结合视觉功能需求,讨论了机器人视觉软件基本算法的原理与设计,分析了相机几何模型,论述了相机参数标定和“眼在手上”手眼标定方法,以及模板匹配、物体分类识别和平面测量等算法。然后分析了典型电力设备的状态检测原理,详细讨论了巡检作业视觉功能的实现过程。接下来,详细论述了视觉软件结构和设计原理,给出了管理模块、图像处理模块、功能包模块、结果分析转换模块和通信模块等软件模块的设计实现过程。最后,对视觉软件功能进行测试,并结合机器人搬运与装配作业,验证了视觉软件设计的可行性和有效性。


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